Entrambe le famiglie di pompe sono volumetriche, quindi entrambe mantengono il flusso mentre il circuito resiste; ciò che li separa è il modo in cui ciascuno sigilla il divario tra il suo ingresso e la sua uscita. Questa singola differenza di progettazione spiega quasi tutto il resto, dalla viscosità preferita da ciascuna pompa alla pressione che può sostenere e alla parte che alla fine si usura.

La versione pratica della norma è breve. Al di sotto di circa 1.000 mPa·sa la pompa tubolare è l'impostazione predefinita più sicura, al di sopra di circa 10.000 mPa·sa la pompa a ingranaggi mantiene la pressione e misura senza pulsazioni, e nel mezzo è il fluido stesso a decidere. Questa guida distingue questa regola per i quattro materiali effettivamente gestiti da una stampante: PLA e fusione polimerica, pasta alimentare, resina fotopolimerica e refrigerante.

Due modi per sigillare una pompa e perché segue tutto il resto

Una pompa a ingranaggi sigilla con il fluido stesso e una pompa peristaltica sigilla chiudendo il tubo, motivo per cui una è sensibile alla viscosità e l'altra è sensibile alla pressione.

Entrambe le famiglie spostano un volume fisso per giro, quindi entrambe sono descritte come cilindrate positive ed entrambe forniscono un flusso che tiene traccia della velocità del motore. La differenza che conta è ciò che accade nello spazio tra l'uscita ad alta pressione e l'ingresso a bassa pressione.

La pompa a ingranaggi sigilla con il fluido che sta muovendo

All'interno della testa, tre tenute dinamiche separano l'ingresso dall'uscita, e la tenuta tra di loro è una pellicola del fluido stesso che si trova in spazi dell'ordine di dieci micrometri.

Tale accordo ha conseguenze che si manifestano nella selezione piuttosto che nel marketing. Poiché il sigillo è il fluido, un fluido denso sigilla meglio di uno sottile: lo scivolamento oltre gli spazi aumenta man mano che la viscosità diminuisce, quindi gli inchiostri sottili e l'acqua perdono precisione di dosaggio a meno che la pressione differenziale non venga mantenuta bassa e il fluido sia mantenuto pulito. Gli stessi ingranaggi rigidi e gli stessi spazi ristretti consentono a una pompa a ingranaggi di mantenere un'elevata pressione e di spostare fluidi viscosi o pieni che bloccherebbero un altro progetto. Le particelle dure sono nemiche di entrambe le caratteristiche, perché macinano proprio lo spazio che garantisce la sigillatura.

La pompa peristaltica sigilla occludendo il tubo

Rulli o pattini comprimono un tubo flessibile piatto e il fluido viaggia all'interno di quella tasca chiusa, quindi il fluido non raggiunge mai una guarnizione, un ingranaggio o un cuscinetto.

La tenuta dipende a malapena dalla viscosità, motivo per cui le pompe tubolari gestiscono acqua, resina e paste dense di miele con la stessa testa. Ciò che li limita è il tubo: le pompe peristaltiche a tubo raggiungono tipicamente circa 3-7 bar, le testine a rulli fino a circa 8 bar e le pompe peristaltiche a scarpa circa 15 bar. Chiedi a una pompa tubolare più di quanto il suo tubo possa sopportare e il tubo è ciò che fallisce, di solito appiattindosi, rompendosi o estrudendo da sotto i rulli.

La decisione di sigillare è seguita fino alla macchina

La linea della viscosità: 1.000 e 10.000 mPa·s

Al di sotto di circa 1.000 mPa·sa la pompa peristaltica è l'impostazione predefinita più sicura, al di sopra di circa 10.000 mPa·sa lo è la pompa a ingranaggi e la fascia tra di loro è decisa dall'abrasione, dal taglio e dalla dimensione delle particelle piuttosto che dal solo spessore.

Questi due numeri provengono dal punto in cui le strategie di sigillatura si incrociano. Quando un fluido si diluisce, la guarnizione a film di una pompa a ingranaggi si indebolisce e la sua precisione volumetrica diminuisce; man mano che il fluido si addensa, la pompa a tubo necessita di una coppia maggiore per occluderlo e il tubo lavora di più ad ogni passaggio. Inserisci i numeri sui fluidi effettivamente incontrati da una stampante e la linea diventa facile da vedere.

Dove i comuni fluidi per stampanti rientrano nella linea di viscosità

Sotto 1.000: fluidi fluidi e il problema dello scivolamento

I fluidi sottili non sono difficili da spostare, sono difficili da dosare con una pompa ad ingranaggi, perché il film che sigilla i giochi è debole e la pompa perde parte ad ogni giro all'indietro.

In questa fascia si trovano liquidi refrigeranti a base d'acqua, inchiostri a bassa viscosità e liquidi detergenti. Una pompa tubolare sigilla per occlusione, quindi la sua precisione non viene influenzata, si autoadesca da una bottiglia e il basso taglio del percorso del tubo è adatto ai fluidi sensibili alla lavorazione. Il motivo abituale per scegliere una pompa a ingranaggi in questo caso è la pressione piuttosto che la viscosità e, se questo è il requisito, mantenere bassa la pressione differenziale e filtrare bene.

Oltre 10.000: paste spesse, impasti e liquidi fusi

I fluidi densi sono i luoghi in cui una pompa a ingranaggi smette di essere un'opzione e diventa l'unica scelta sensata, perché è l'unica delle due in grado di mantenere la pressione di cui una pasta ha bisogno e di erogarla senza impulsi.

Le paste di robocasting e i fanghi ceramici sono ordini di grandezza superiori al miele, e la loro viscosità non è nemmeno una costante: la maggior parte si assottiglia per taglio, quindi scorrono all'ugello e mantengono la loro forma subito dopo. Una pompa a ingranaggi si adatta a questo comportamento perché la sua potenza per giro è fissa e la sua capacità di pressione è elevata e produce l'erogazione regolare e continua di cui ha bisogno un cordone stampato. I riempitivi abrasivi rappresentano il compromesso e la filtrazione in ingresso è ciò che protegge gli spazi vuoti.

Nel mezzo: decidono l'abrasione, il taglio e la dimensione delle particelle

Tra circa 1.000 e 10.000 mPa·s entrambe le pompe possono svolgere il lavoro, quindi la scelta si sposta su cosa fa il fluido alla pompa e cosa fa la pompa al fluido.

L'abrasione è solitamente la prima domanda: le particelle ceramiche usurano le punte e le piastre degli ingranaggi, mentre le stesse particelle usurano solo un tubo che costa una frazione della pompa. Il taglio è il secondo, perché una pasta diluente per taglio che viene lavorata eccessivamente sulla rete degli ingranaggi cambia la sua reologia prima di raggiungere l'ugello. La dimensione delle particelle è la terza, poiché un tubo può far passare solidi morbidi che ostruirebbero il gioco della pompa a ingranaggi. Fai queste tre domande prima di chiedere informazioni sul prezzo.

Quattro lavori fluidi in una stampante e il modello eseguito da ciascuno

La maggior parte degli errori di selezione derivano dal trattare tutti i fluidi della stampante come un unico lavoro; una stampante in realtà chiede a una pompa di fare quattro cose diverse.

Il modello di servizio conta tanto quanto il fluido. Un circuito di raffreddamento funziona continuamente a basso flusso, mentre una linea di dosaggio funziona in modo intermittente a piccoli volumi e ad alta pressione, e i due non si adatteranno alla stessa pompa anche quando condividono lo stesso fluido.

Quattro lavori fluidi e ciò che ognuno chiede a una pompa

Fonti: guida del produttore al sistema di fluidi per stampanti 3D.

Per materiale: PLA, pasta alimentare, resina e refrigerante

I quattro materiali gestiti da una stampante spingono la decisione in due direzioni diverse e vale la pena mantenere il ragionamento alla base di ciascuna risposta.

Leggi i quattro casi come un insieme. Due di essi terminano con una pompa a ingranaggi per motivi di pressione, uno termina con un tubo per motivi chimici e uno è veramente aperto e deciso da come la parte stampata risponde alla pulsazione.

PLA e polimero fuso: una pompa a ingranaggi, per la pressione

Una pompa a ingranaggi è la risposta giusta per l’alimentazione di filamenti e pellet, e l’alternativa peristaltica è esclusa dalla temperatura molto prima che dalle prestazioni.

Su una macchina FDM l'inceppamento ricorrente è un problema di pressione di alimentazione piuttosto che un problema di ugelli. Quando l'estrusore perde presa sotto pressione, la zona di fusione muore di fame, si surriscalda e accumula materiale carbonizzato. Un ugello da 0,4 mm a velocità di stampa normali genera circa 50-100 kPa di contropressione e la stampa ad alta velocità o riempita di vetro la spinge verso 120 kPa. Una micro pompa a ingranaggi con potenza nominale compresa tra 40 e 150 kPa copre l'intervallo con un margine e, poiché l'estrusore deve solo spingere il materiale verso l'ingresso della pompa mentre la pompa gestisce l'ugello, l'instabilità da un lato smette di raggiungere l'altro.

Vale la pena convertire anche i numeri, perché spiegano perché la pompa funziona in modo fresco e silenzioso durante questo servizio. Con un diametro di 1,75 mm, 100 ml/min equivalgono a poco più di 40 metri di filamento al minuto, mentre una tipica stampante FDM consuma tra mezzo metro e due metri al minuto. La pompa funziona quindi a una piccola frazione della sua capacità, che è il posto migliore sia per il rumore che per l'usura. La stessa logica spiega perché le pompe a ingranaggi compaiono nella stampa a pellet: una tramoggia piena e una tramoggia quasi vuota possono differire di oltre il 30% nel flusso erogato e la pompa lo appiattisce in un flusso costante.

Pasta alimentare: una pompa peristaltica, per la pulizia

Le paste alimentari utilizzano automaticamente una pompa peristaltica perché solo il tubo tocca il cibo, il che rende la pulizia una questione di scambio di un pezzo di silicone alimentare.

Cioccolato, glassa, pastella, salse e paste di noci vengono tutti dosati in questo modo, e il basso taglio del percorso del tubo è importante tanto quanto l'igiene: una pasta la cui consistenza dipende dalla sua struttura non trae vantaggio dall'essere lavorata attraverso una maglia stretta. Scegli il materiale del tubo con la stessa cura della pompa, poiché silicone, PTFE e altre formulazioni differiscono per compatibilità chimica e velocità con cui si affaticano.

Una pompa ad ingranaggi trova il suo posto quando la pasta è sufficientemente compatta da necessitare di una reale pressione o quando la dose deve essere perfettamente liscia anziché pulsata. Il prezzo è la pulibilità: una pompa a ingranaggi presenta delle fessure attorno agli ingranaggi e alle piastre dove si raccolgono i residui e ingredienti abrasivi come arachidi o semi consumeranno costantemente quelle parti. Nel settore alimentare, la questione è raramente quale pompa possa spostare la pasta e quasi sempre quale pompa possa essere pulita tra i prodotti.

Resina fotopolimerica: una pompa peristaltica, per l'isolamento

La resina va in una pompa peristaltica per una ragione fondamentale: il fluido non raggiunge mai il meccanismo, quindi nulla può polimerizzare all'interno della pompa.

I fotopolimeri sono aggressivi per i metalli e la plastica e polimerizzano alla luce, il che rende una pompa a ingranaggi un rischio piuttosto che un candidato: qualsiasi resina rimasta negli spazi durante una pausa si indurisce lì e la pompa è finita. Una pompa tubolare isola completamente il fluido, riempie una vasca in lotti da 50 a 100 ml e non necessita di adescamento perché la resina può essere aspirata direttamente dalla bottiglia. Abbinalo a un sensore di livello fotoelettrico e a un piccolo controller e la ricarica diventa incustodita, il che è importante perché mettere in pausa una stampa per rabboccare la vasca lascia una linea visibile al riavvio. Un flusso da 100 a 300 ml/min riempie una vasca in pochi secondi e il tubo è l'unica parte che necessita di un posto sullo scaffale.

Liquido refrigerante: veramente aperto, deciso dalla pulsazione

Il liquido di raffreddamento è l'unico caso in cui entrambe le pompe sono difendibili e il fattore decisivo non è il flusso di picco ma quanto è stabile il flusso una volta raggiunto la piastra fredda.

Il raffreddamento a liquido funziona sulla base della fisica: l’acqua trasporta circa quattro volte il calore specifico dell’aria per chilogrammo, quindi un flusso piccolo e costante rimuove molto più calore di quanto possa fare un grande flusso d’aria. Questo vantaggio è facile da perdere su una stampante, in cui un circuito di raffreddamento utilizza tubi da 4-6 mm, diverse curve e una piastra fredda con canali interni stretti, che aggiungono resistenza. Una valutazione misurata con contropressione pari a zero non sopravvivrà a quella geometria, motivo per cui la stabilità del flusso è più importante del valore massimo sulla scatola.

La pulsazione è il problema più sottile. Le sovratensioni intermittenti raggiungono la piastra fredda e disturbano lo strato limite termico tra la piastra e la fonte di calore, quindi l'efficienza del raffreddamento varia con l'impulso invece di rimanere costante e l'effetto si manifesta nella qualità di stampa su aree piene di grandi dimensioni. Una pompa a ingranaggi fornisce un flusso regolare e continuo, adatto a un circuito di raffreddamento proprio perché il circuito è continuo. Una pompa peristaltica risponde con l'isolamento del fluido, l'autoadescamento e un design a bassa rumorosità e bassa pressione, adatto ai retrofit in cui il serbatoio si trova ovunque ci sia spazio. Scegliere la pompa ad ingranaggi quando il circuito è lungo, il liquido refrigerante è addensato con glicole, oppure il flusso deve essere perfettamente regolare; scegliere la pompa a tubo quando la pressione è bassa, il fluido deve rimanere lontano dal meccanismo e il punto è l'adescamento da una bottiglia sotto la macchina.

Costo di proprietà: la parte che si usura è la vera differenza

Una pompa peristaltica indossa un tubo che costa poco e si cambia in pochi minuti; una pompa a ingranaggi indossa parti che si trovano all'interno della testa della pompa, quindi la sua manutenzione dipende da quanto rimane pulito il fluido.

Per un proprietario di stampante questa è la differenza più importante tra le due famiglie, ed è quella meno visibile su una scheda tecnica.

Quanto costa ogni famiglia per continuare a funzionare

Il divario è abbastanza grande da essere stato modellato esplicitamente. Un modello di costo pubblicato per la fornitura di fluido per stampanti prevede una manutenzione annuale pari a circa 76 dollari per macchina una volta che il tubo è l’unica parte bagnata, contro circa 380 dollari quando la manutenzione di routine implica l’apertura della pompa. L'aritmetica dipende da presupposti che non si adattano a ogni officina, ma il meccanismo alla base sì: un materiale di consumo che cambia in pochi secondi, senza smontaggio, è un tipo di costo di manutenzione diverso da una riparazione.

Le stesse due pompe su un banco di lavoro e su una linea di produzione

Il confronto tecnico risulta diverso a seconda che si stia costruendo una macchina o spedendone un centinaio, quindi vale la pena leggere la stessa tabella due volte.

Non cambia nulla nella fisica tra le due colonne. Ciò che cambia è la quantità di variazione che puoi assorbire manualmente e per un produttore tale capacità scompare.

La stessa decisione, vista da due banchi diversi

Tre miti della selezione che vale la pena sfatare

Tre convinzioni sopravvivono nei forum molto tempo dopo che l'ingegneria le ha risolte, e ognuna porta a uno specifico cattivo acquisto.

1. Una pompa a ingranaggi dura sempre più a lungo di una pompa peristaltica.Vero con fluido pulito e falso con fluido sporco. I riempitivi abrasivi macinano il gioco che fa funzionare una pompa a ingranaggi e una resina indurente si indurisce al suo interno, mentre lo stesso compito consuma solo un tubo che costa una frazione della pompa. La durabilità è una proprietà tanto del fluido quanto della pompa.

2. Una pompa peristaltica non può mantenere la pressione.Le pompe tubolari raggiungono tipicamente dai 3 ai 7 bar, le teste a rulli fino a circa 8 bar e le pompe peristaltiche a scarpa circa 15 bar. Il circuito di raffreddamento della stampante ne richiede una piccola frazione, quindi la pressione raramente è la ragione per lasciare indietro il tubo.

3. La tensione è un'impostazione delle prestazioni.Tra le versioni da 12 V e 24 V della stessa pompa, la tensione più elevata riduce la corrente a parità di potenza anziché aumentare la portata o la pressione. Abbina il binario già presente sulla macchina e considera la scelta della tensione come una decisione di cablaggio.

Domande frequenti

Quale pompa è migliore per una stampante 3D?

Nessuno dei due è migliore in astratto; ognuno vince un lavoro diverso. Una pompa peristaltica è l'impostazione predefinita per il riempimento di resina, pasta alimentare e refrigerante a bassa pressione perché il fluido rimane all'interno del tubo, si autoadesca e il tubo è l'unica parte da sostituire. Una pompa a ingranaggi è l'impostazione predefinita per l'alimentazione di filamenti e pellet, paste spesse e qualsiasi servizio in cui la pressione o l'erogazione senza impulsi contano più dell'isolamento.

Una pompa peristaltica può spostare la pasta densa?

Sì, fino a un certo punto. L'occlusione non si preoccupa della viscosità, quindi una pompa tubolare gestisce le paste dense come il miele senza stallo e le paste alimentari vengono regolarmente dosate in questo modo. Il limite è la pressione piuttosto che lo spessore: le pompe tubolari raggiungono circa 3-7 bar e le testate a rulli circa 8 bar, e al di sopra di questa soglia il tubo è la parte che si rompe. Superati i 10.000 mPa·s circa, una pompa a ingranaggi diventa la risposta più affidabile.

È possibile utilizzare una pompa a ingranaggi per la resina fotopolimerica?

Può essere costruito, ma non dovrebbe essere scelto per questo. La resina raggiunge gli ingranaggi, le piastre e le guarnizioni e l'eventuale fluido rimasto negli spazi durante una pausa polimerizza lì e blocca la pompa. Una pompa a tubo isola completamente la resina e la sostituzione del tubo rinnova il percorso bagnato al costo di una lunghezza di tubo.

Dovrei scegliere una pompa da 12 V o da 24 V?

Abbinare il binario già fornito dalla macchina. Tra due versioni della stessa pompa, la tensione più elevata assorbe meno corrente per la stessa potenza, il che è importante su cavi lunghi e alimentazioni a batteria, mentre 12 V è più semplice da gestire da un'uscita di riserva della scheda madre. La tensione non aggiunge flusso o pressione da sola.

Di quale manutenzione ha bisogno ciascuna pompa?

Una pompa peristaltica necessita di sostituire il tubo quando risulta morbido o piatto, in genere da mesi a un anno in funzionamento normale, e il lavoro richiede pochi minuti senza essere smontato. Una pompa a ingranaggi non dispone di tali materiali di consumo, quindi la sua manutenzione consiste nel mantenere il fluido pulito: filtraggio in ingresso, assenza di funzionamento a secco e attenzione a qualsiasi cosa abrasiva o che possa polimerizzare.

Dove questo ti lascia

Scegliere tramite il sigillo, quindi confermare con il fluido. Una pompa a ingranaggi sigilla con una pellicola di fluido all'interno di spazi stretti, quindi prospera con viscosità, pressione e dosaggio senza impulsi e soffre di fluidi sottili, particelle dure e tutto ciò che può polimerizzare. Una pompa peristaltica sigilla premendo un tubo chiuso, quindi è indifferente alla viscosità, autoadescante e igienica per costruzione e limitata dal tubo che comprime. In una stampante 3D che si mappa in modo chiaro su quattro funzioni: attrezzatura per fusione e pasta, tubo per resina e cibo e una per il refrigerante a seconda che la pressione o la pulsazione siano il rischio maggiore nel tuo ciclo.

Raccontaci cosa deve muovere il tuo circuito.Condividi il fluido, la sua viscosità alla temperatura di esercizio, il modello di funzionamento e la pressione rilevata dal tuo sistema e ti consiglieremo prima la famiglia di pompe e poi il modello, oppure ti diremo chiaramente se nessuno dei due casi è adatto.Richiedi una revisione della selezione della pompa